JPH0953495A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水温に応じた燃料噴射量の増量補正量を適正化
し、オーバーリッチ化による排気性状の悪化を防止す
る。 【解決手段】水温別に空燃比学習を行わせることで、水
温によるベース空燃比のばらつきを吸収させる。そし
て、水温Ｔｗに応じた補正係数Ｋ_TWで燃料の増量を図る
とき、即ち、空燃比フィードバック制御のクランプ状態
において（Ｓ１）、そのときの水温Ｔｗに対応する空燃
比学習が完了しているか否かを判別する（Ｓ３）。空燃
比学習が完了していないときには、前記ベース空燃比の
ばらつきを考慮した比較的大きな補正係数Ｋ_TWを設定す
る（Ｓ４）。一方、前記空燃比学習が完了しているとき
には、水温毎の目標空燃比が得られる最小限の補正係数
Ｋ _TWを設定する（Ｓ５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の空燃比制
御装置に関し、詳しくは、機関温度に対する目標空燃比
に精度良く制御するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、酸素センサで検出される排気
中の酸素濃度を介して機関吸入混合気の空燃比を検出
し、該検出された空燃比と目標空燃比とを比較して、目
標ベース空燃比（例えば理論空燃比）に実際の空燃比を
近づけるように空燃比フィードバック補正係数を設定す
る一方、該空燃比フィードバック補正係数による補正要
求を機関負荷と機関回転速度とをパラメータとする運転
領域別に空燃比学習補正値として学習し、前記空燃比フ
ィードバック補正係数と空燃比学習補正値とに基づいて
燃料供給量を補正することで、目標ベース空燃比に安定
的に制御されるようにした空燃比制御装置が知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記空燃比
学習は、水温で代表される機関温度を限定して行った
り、又は、機関温度を限定しないで行われる構成であっ
たため、学習が行われた温度条件と、実際にその学習補
正値を用いて燃料供給量が補正されるときの温度条件と
に差が生じる場合があった。

【０００４】機関温度が異なると、感温式エアフローメ
ータにおける検出特性が異なり、また、燃料温度が異な
るために、上記のように学習したときの温度条件と実際
の補正時の温度条件とに差が生じると、空燃比学習補正
値が適合しなくなって、空燃比ずれが発生する惧れがあ
る。空燃比フィードバック制御中であれば、前記空燃比
ずれは空燃比フィードバック制御により解消されるもの
の、空燃比フィードバック制御中でないときには、空燃
比学習補正値によるフィードホワード制御のみが行われ
るため、空燃比ずれを解消できず、運転性や排気性状が
悪化する可能性がある。

【０００５】かかる不具合の対策として、特に空燃比の
リーン化を確実に回避すべく、フィードバック制御のク
ランプ中に行われる水温による増量補正における増量補
正量を、本来の必要量よりも多めに設定する場合があっ
た。しかしながら、上記のように、ばらつきを考慮して
多めに増量補正する構成では、リーン化を回避すること
はできるが、増量補正が過剰となって空燃比が水温毎の
目標空燃比よりもリッチ化してしまう可能性があった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、機関温度別の目標空燃比に正確に制御できる空燃
比制御装置を提供し、以て、目標空燃比に対するずれの
発生による運転性，排気性状の悪化を防止することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、図１に示すように構成される。図１において、
空燃比検出手段は、機関吸入混合気の空燃比を検出し、
機関温度検出手段は、機関温度を検出する。ここで、空
燃比学習手段は、空燃比検出手段で検出される空燃比に
基づいて目標ベース空燃比を得るための空燃比学習補正
値を前記機関温度検出手段で検出される機関温度別に学
習する。

【０００８】そして、空燃比制御手段は、空燃比学習手
段で学習された機関温度別の空燃比学習補正値に基づい
て機関への燃料供給量を補正する。一方、機関温度によ
る増量補正手段は、機関温度検出手段で検出される機関
温度に応じて機関への燃料供給量を増量補正する。ま
た、減量修正手段は、空燃比学習手段における機関温度
別の学習の進行に応じて前記機関温度による増量補正手
段における増量補正量を機関温度別に初期値から減量修
正する。

【０００９】かかる構成によると、前記空燃比学習を機
関温度別に行わせることで、目標ベース空燃比を得るた
めの機関温度毎の補正要求の違いが学習されるから、機
関温度に応じた増量補正においては機関温度毎の目標空
燃比を得るための増量補正のみを行えば良いことにな
る。そこで、機関温度によるベース空燃比のばらつきを
見込んで比較的多めに設定される増量を学習の進行に伴
って減量修正し、余分な補正によって機関温度毎の目標
空燃比よりも空燃比がリッチ化することを回避する。

【００１０】請求項２記載の発明では、前記減量修正手
段が、前記空燃比学習手段における機関温度別の学習の
進行度に応じて設定される補正係数により、機関温度に
応じた増量補正量の初期値を、学習が進行するほど徐々
に減量補正する構成とした。かかる構成によると、空燃
比学習が進行するほど、空燃比学習補正値が機関温度の
違いによる補正要求の違いを精度良く学習したことにな
るから、学習進行度に応じて増量補正量を徐々に減量補
正することで、空燃比のリーン化を回避しつつ余分な増
量補正の発生を高精度に抑制できることになる。

【００１１】請求項３記載の発明では、前記減量修正手
段が、前記空燃比学習手段におけ機関温度別の学習の進
行を、学習完了と学習非完了とに判別し、予め設定され
た学習非完了時の増量補正量と、該増量補正量よりも少
ない学習完了時の増量補正量とを、前記判別結果に基づ
いて切り換え設定する構成とした。かかる構成による
と、学習が完了しているか否かに基づいて機関温度に応
じた増量補正をステップ的に変化させるから、簡便な構
成で学習完了後の余分な増量補正の発生を回避できる。

【００１２】請求項４記載の発明では、前記空燃比学習
手段が、前記空燃比検出手段で検出される空燃比に基づ
いて、実際の空燃比を目標ベース空燃比に近づけるよう
に、燃料供給量を補正するための空燃比フィードバック
補正値を設定する空燃比フィードバック補正手段を含ん
で構成され、前記空燃比フィードバック補正値を機関温
度別に空燃比学習補正値として学習する構成であり、前
記減量修正手段が、前記空燃比フィードバック補正値に
基づいて学習の進行を判別する構成とした。

【００１３】かかる構成によると、空燃比フィードバッ
ク補正値による補正要求が空燃比学習補正値として学習
されるから、学習の進行と共に空燃比フィードバック補
正値による補正なしで目標ベース空燃比が得られるよう
になる。従って、空燃比フィードバック補正値が初期値
付近に収束したことに基づいて学習の進行を判別するこ
とが可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。システム構成を示す図２において、内燃機関１に
はエアクリーナ２から吸気ダクト３，スロットル弁４及
び吸気マニホールド５を介して空気が吸入される。前記
吸気マニホールド５の各ブランチ部には、各気筒別に燃
料噴射弁６が設けられている。

【００１５】燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて
開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であ
って、後述するコントロールユニット12からの噴射パル
ス信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプ
から圧送されてプレッシャレギュレータにより所定の圧
力に調整された燃料を、各気筒の吸気行程にタイミング
を合わせて噴射供給する。

【００１６】機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気マニホールド８，排気
ダクト９，三元触媒10及びマフラー11を介して排気が排
出される。コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等
を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種
のセンサからの入力信号を受け、後述の如く演算処理し
て、燃料噴射弁６の作動を制御する。

【００１７】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中にエアフローメータ13が設けられていて、機関１の吸
入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。また、クランク
角センサ14が設けられていて、基準ピストン位置毎の基
準角度信号ＲＥＦと、クランク角１°又は２°毎の単位
角度信号ＰＯＳとを出力する。ここで、基準角度信号Ｒ
ＥＦの周期、或いは、所定時間内における単位角度信号
ＰＯＳの発生数を計測することにより、機関回転速度Ｎ
ｅを算出できる。

【００１８】また、機関１のウォータジャケットの冷却
水温度Ｔｗを、機関温度を代表するパラメータとして検
出する水温センサ15が設けられている。従って、前記水
温センサ15が機関温度検出手段に相当する。また、排気
マニホールド８の集合部に空燃比検出手段としての酸素
センサ16が設けられている。

【００１９】前記酸素センサ16は、大気中の酸素濃度
（基準酸素濃度）に対する排気中の酸素濃度の比に応じ
た起電力を発生する公知のジルコニアチューブ型の酸素
濃淡電池である。この酸素センサ16は、排気中の酸素濃
度が理論空燃比（本実施例における目標ベース空燃比）
を境に急変することを利用し、理論空燃比のみ（理論空
燃比に対するリッチ・リーン）を検出し得るセンサであ
る。

【００２０】ここにおいて、コントロールユニット12に
内蔵されたマイクロコンピュータのＣＰＵは、前記燃料
噴射弁６の燃料噴射量（噴射パルス幅）Ｔｉを、 Ｔｉ←Ｔｐ×ＣＯ×α×Ｋ＋Ｔｓ として算出する。ここで、前記Ｔｐは、吸入空気流量Ｑ
と機関回転速度Ｎｅとに基づいて算出される基本噴射量
（基本噴射パルス幅）であり、前記ＣＯは冷却水温度Ｔ
ｗに応じて燃料を増量補正するための水温増量補正係数
Ｋ_TWを含んで設定される各種補正係数である。

【００２１】尚、前記水温増量補正係数Ｋ_TWによる基本
燃料噴射量Ｔｐの増量補正が、機関温度による増量補正
手段としての機能に相当する。また、前記α（初期値＝
1.0 ）は、酸素センサ16で検出される空燃比を理論空燃
比（目標ベース空燃比）に近づける方向に基本燃料噴射
量Ｔｐを補正するための空燃比フィードバック補正係数
（空燃比フィードバック補正値）であり、所定のフィー
ドバック制御条件において、前記酸素センサ16で検出さ
れる理論空燃比に対するリッチ・リーンに基づいて例え
ば比例・積分制御によって設定される。上記空燃比フィ
ードバック補正係数αを酸素センサ16の出力に基づいて
比例・積分制御する機能が、空燃比フィードバック補正
手段に相当する。

【００２２】また、前記Ｋは空燃比学習補正係数（空燃
比学習補正値）であり、図３に示すように、予め冷却水
温度Ｔｗを複数段階に区分する条件別に、前記空燃比フ
ィードバック補正係数αによる補正要求を学習して設定
される。例えば、そのときの冷却水温度Ｔｗに対応して
記憶されている空燃比学習補正係数Ｋ（初期値＝1.0）
と、空燃比フィードバック補正係数αの平均値との加重
平均値を、当該冷却水温度Ｔｗに対応する空燃比学習補
正係数Ｋとしてマップデータの更新を行うものであり、
かかる機能が空燃比学習手段に相当し、前記空燃比学習
補正係数Ｋによる基本燃料噴射量Ｔｐの補正機能が、空
燃比制御手段に相当する。

【００２３】尚、前記空燃比フィードバック制御中は、
前記水温増量補正係数Ｋ_TWによる増量補正が行われない
から、上記の空燃比学習によって、水温毎に目標ベース
空燃比（理論空燃比）を得るための補正要求が学習され
ることになり、学習が収束した段階では、前記空燃比学
習補正係数Ｋによって各水温条件で目標ベース空燃比が
得られることになる。

【００２４】更に、前記Ｔｓは、バッテリ電圧の変化に
よる燃料噴射弁６の無効噴射時間の変化を補正するため
の電圧補正分である。ここで、前記水温増量補正係数Ｋ
_TWが、図４及び図５のフローチャートに示すようにして
修正される構成となっており、前記図４及び図５のフロ
ーチャートに示す機能が、減量修正手段に相当する。

【００２５】図４のフローチャートにおいて、ステップ
１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、空燃比
フィードバック制御中であるか否かを判別し、フィード
バック制御中でないとき、換言すれば、前記水温増量補
正係数Ｋ_TWによる増量補正条件であるときには、ステッ
プ２へ進む。尚、フィードバック制御中でない状態（ク
ランプ状態）は、空燃比フィードバック制御後のクラン
プ状態と、始動直後のフィードバック制御の開始前の状
態とを含むものとする。

【００２６】ステップ２では、水温センサ15で検出され
る冷却水温度Ｔｗを読み込む。ステップ３では、前記ス
テップ２で読み込んだ冷却水温度Ｔｗに対応する空燃比
学習補正係数Ｋの学習が完了しているか否かを判別す
る。尚、学習の完了を如何にして判別するかは、後述す
る。学習が完了していないときには、ステップ４へ進ん
で、予め学習の非完了時に対応して設定されているマッ
プ（初期値マップ）を参照して、前記ステップ２で読み
込んだ冷却水温度Ｔｗに対応する水温増量補正係数Ｋ_TW
を設定する。

【００２７】一方、学習が完了しているときには、ステ
ップ５へ進んで、予め学習の完了時に対応して設定され
ているマップを参照して、前記ステップ２で読み込んだ
冷却水温度Ｔｗに対応する水温増量補正係数Ｋ_TWを設定
する。そして、ステップ６では、ステップ４又は５にお
けるマップ参照によって求められた水温増量補正係数Ｋ
_TWを、基本燃料噴射量Ｔｐの補正項としてセットする。

【００２８】ここで、前記ステップ４で参照するマップ
（初期値マップ）に比して、前記ステップ５で参照する
マップにおける水温増量補正係数Ｋ_TWが、全温度域に渡
ってより小さな値に設定されており、学習が完了する
と、同じ冷却水温度Ｔｗのときであっても、水温増量補
正係数Ｋ_TWによる燃料噴射量の増量補正量が減少するよ
うにしてある。

【００２９】即ち、低水温時ほどリッチとなる水温毎の
目標空燃比を前記水温増量補正係数Ｋ_TWで達成するに当
たって、少なくとも前記目標空燃比よりもリーン化する
ことを回避するためには、ベース空燃比のばらつきを考
慮すると、前記水温増量補正係数Ｋ_TWによる増量補正量
を必要量よりも多めに初期設定しておく必要があり、前
記ステップ４で参照するマップは、かかる要求に対応す
るものにしておく必要がある。

【００３０】しかしながら、目標ベース空燃比を得るた
めの水温毎の補正要求が前記空燃比学習補正係数Ｋで学
習されれば、かかる空燃比学習補正係数Ｋによる補正
で、各水温毎に目標ベース空燃比に制御されるから、ベ
ース空燃比のばらつきを考慮した余分な増量補正が不要
となる。そこで、学習が完了した段階で、前記水温増量
補正係数Ｋ_TWを、ベース空燃比のばらつきを吸収するた
めの増量補正分（図６の斜線部）だけ減量修正し、ベー
ス空燃比に対して前記水温増量補正係数Ｋ_TWによる増量
補正を施すことで、前記水温毎の目標空燃比に精度良く
制御し、余分な増量補正によって前記目標空燃比よりも
リッチ化することを防止する。

【００３１】図５のフローチャートは、前記空燃比学習
の完了判別の様子を示すものであり、まず、ステップ11
では、空燃比フィードバック制御中であるか否かを判別
し、フィードバック制御中であればステップ12へ進む。
ステップ12では、水温センサ15で検出された冷却水温度
Ｔｗを読み込む。ステップ13では、前記読み込んだ冷却
水温度Ｔｗに対応する空燃比学習補正係数Ｋを、そのと
きの空燃比フィードバック補正係数αに基づいて学習更
新する。

【００３２】ステップ14では、空燃比フィードバック補
正係数αが、初期値（＝1.0 ）を中心とする所定範囲内
に収束しているか否かを判別する。前記空燃比学習補正
係数Ｋは、前記空燃比フィードバック補正係数αによる
補正要求を肩代わりすることになるから、学習が進行す
れば、空燃比フィードバック補正係数αによる補正なし
（換言すれば、補正係数α＝1.0 の状態）で目標ベース
空燃比に制御されることになる。

【００３３】従って、空燃比フィードバック補正係数α
が初期値の付近に収束している場合には、学習の完了と
見做すことができ、この場合には、ステップ15へ進ん
で、該当する学習領域に対応する学習完了フラグをセッ
トする。一方、空燃比フィードバック補正係数αが初期
値の付近に収束していない場合には、学習が完了してい
ないことになるから、この場合には、ステップ16へ進ん
で、該当する学習領域に対応する学習完了フラグをリセ
ットする。

【００３４】前記図４のフローチャートにおけるステッ
プ３では、参照する学習領域の学習完了フラグを判別す
ることで、学習が完了しているか否かを判別することに
なる。図４及び図５のフローチャートに示す制御では、
学習が完了しているか否かを判別し、該判別結果に基づ
いて水温増量補正係数Ｋ_TWを大小のいずれか一方に切り
換え設定する構成としたが、例えば、前記空燃比フィー
ドバック補正係数αと初期値との偏差に基づいて学習進
行度を設定し、ベース空燃比のばらつきを見込んで予め
設定される水温増量補正係数Ｋ_TWを、前記学習進行度の
増大に応じて徐々に減少修正する構成としても良い。

【００３５】具体的には、図７のフローチャートに示す
ように、空燃比フィードバック制御のクランプ時におい
て（ステップ21）、水温センサ15で検出された冷却水温
度Ｔｗを読み込み（ステップ22）、該読み込んだ冷却水
温度Ｔｗに対応する水温増量補正係数Ｋ_TW（初期値）を
求める（ステップ23）。一方、前記学習進行度の増大
（学習の進行）に応じて補正係数ｋｔを1.0 よりも徐々
に小さく設定し（ステップ24）、前記補正係数ｋｔで前
記水温増量補正係数Ｋ_TWを補正設定し（ステップ25）、
該補正設定後の水温増量補正係数Ｋ_TWを実際の噴射量制
御に用いる係数としてセットする（ステップ26）。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によると、機関温度別の空燃比学習によって機関温度
毎のベース空燃比のばらつきを吸収し、前記ベース空燃
比のばらつきを見込んで設定される機関温度に応じた増
量補正量を、前記学習の進行に伴って減量修正する構成
としたので、余分な増量補正によって機関温度毎の目標
空燃比よりも空燃比がリッチ化することを回避すること
ができ、以て、オーバーリッチによる排気性状の悪化を
防止できるという効果がある。

【００３７】請求項２記載の発明によると、前記機関温
度別のベース空燃比のばらつきを吸収する空燃比学習の
進行に応じて、機関温度に応じた増量補正量を徐々に減
少させることで、余分な増量補正の発生を高精度に抑制
できるという効果がある。請求項３記載の発明による
と、前記機関温度別のベース空燃比のばらつきを吸収す
る空燃比学習が完了しているか否かに基づいて機関温度
に応じた増量補正をステップ的に変化させるから、簡便
な構成で学習完了後の余分な増量補正の発生を回避でき
るという効果がある。

【００３８】請求項４記載の発明によると、空燃比フィ
ードバック補正値が初期値付近に収束したことに基づい
て学習の進行を容易に判別することが可能であるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の構成ブロック図。

【図２】本発明の実施形態を示すシステム概略図。

【図３】実施の形態における水温別の空燃比学習領域を
示す図。

【図４】水温による増量補正量の減量修正制御を示すフ
ローチャート。

【図５】水温別の空燃比学習及び学習完了判定を示すフ
ローチャート。

【図６】水温による増量補正量の特性を示す線図。

【図７】学習進行度に応じて徐々に増量補正量を減少さ
せる実施形態を示すフローチャート。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ６ 燃料噴射弁 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 15 水温センサ 16 酸素センサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関吸入混合気の空燃比を検出する空燃比
   検出手段と、 機関温度を検出する機関温度検出手段と、 前記空燃比検出手段で検出される空燃比に基づいて目標
   ベース空燃比を得るための空燃比学習補正値を前記機関
   温度検出手段で検出される機関温度別に学習する空燃比
   学習手段と、 該空燃比学習手段で学習された機関温度別の空燃比学習
   補正値に基づいて機関への燃料供給量を補正する空燃比
   制御手段と、 前記機関温度検出手段で検出される機関温度に応じて機
   関への燃料供給量を増量補正する機関温度による増量補
   正手段と、 前記空燃比学習手段における機関温度別の学習の進行に
   応じて前記機関温度による増量補正手段における増量補
   正量を機関温度別に初期値から減量修正する減量修正手
   段と、 を含んで構成された内燃機関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】前記減量修正手段が、前記空燃比学習手段
   における機関温度別の学習の進行度に応じて設定される
   補正係数により、機関温度に応じた増量補正量の初期値
   を、学習が進行するほど徐々に減量補正することを特徴
   とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 【請求項３】前記減量修正手段が、前記空燃比学習手段
   におけ機関温度別の学習の進行を、学習完了と学習非完
   了とに判別し、予め設定された学習非完了時の増量補正
   量と、該増量補正量よりも少ない学習完了時の増量補正
   量とを、前記判別結果に基づいて切り換え設定すること
   を特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装
   置。
4. 【請求項４】前記空燃比学習手段が、前記空燃比検出手
   段で検出される空燃比に基づいて、実際の空燃比を目標
   ベース空燃比に近づけるように、燃料供給量を補正する
   ための空燃比フィードバック補正値を設定する空燃比フ
   ィードバック補正手段を含んで構成され、前記空燃比フ
   ィードバック補正値を機関温度別に空燃比学習補正値と
   して学習する構成であり、前記減量修正手段が、前記空
   燃比フィードバック補正値に基づいて学習の進行を判別
   することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記
   載の内燃機関の空燃比制御装置。